1、离子交换色谱离子交换色谱（ion exchange chromatography，IEC）离子交换色谱离子交换色谱1 概述概述2 离子交换剂的类型与结构离子交换剂的类型与结构3 离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程4 离子交换色谱的应用离子交换色谱的应用p历史：早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水。算是比较早的离子交换法。这些黏土主要是沸石。p离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。p可分为阴离子类型和阳离子类型。1. 概述概述1.2
2、特点特点1.1 定义定义 1. 概述概述1.3 基本原理基本原理 离子交换分离技术是基于不溶性高分子化合物作为色谱介质的一种分离方法。离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。通过分子中的活性离子将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上，然后用适当的洗脱溶剂将吸附物质再从离子交换剂上洗脱下来，从而达到目的产物的分离、浓缩和纯化的目的。1. 概述概述离子交换剂的组成离子交换剂的组成目前在生产中常用的离子交换剂主要有离子交换树脂和多糖基离子交换剂，都是由3部分组成：不溶性载体不溶性载体，由高分子化合物构成的不溶于水、酸和碱，也不溶于普通有机溶剂、化学性质稳定的网络状骨架；功能基团功能基团，
3、大量与载体连接、不能自由移动的活性基团；可交换离子可交换离子，在功能基团上携带的可移动的活性离子。2. 离子交换剂的结构与类型离子交换剂的结构与类型2.1 离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定，不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。CH=CH2+CH=CH2CH=CH2CH2 -CH2-CH2-CH2 - CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2CH2-CH2-CH2-CH2CH2-CH2目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯苯乙烯二乙烯苯的聚合二乙烯苯的聚合物物，示意图
4、为：离子交换树脂的种类离子交换树脂的种类离子交换树脂离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阳离子交换树脂强碱性阳离子交换树脂弱碱性阳离子交换树脂弱碱性阳离子交换树脂 这类树脂的活性基团为磺酸基团（SO3H）和次甲磺酸基团（CH2SO3H）。它们都是强酸性基团，能在溶液中解离出H+。树脂中的 H+与溶液中的其他阳离子（如Na+）交换，从而使溶液中的Na+被树脂中的活性基团SO3-吸附。2.1.1 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂特点：特点：v 淡黄色球状颗粒；淡黄色球状颗粒；v 化学稳定性好，耐磨性
5、好；化学稳定性好，耐磨性好；v 在酸性、碱性和中性介质中都可使用；在酸性、碱性和中性介质中都可使用；v 交换反应速度快；交换反应速度快；v 无机、有机阴离子均可交换。无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂 弱酸性弱酸性阳离子交换树脂阳离子交换树脂 这类树脂的活性基团主要有羧基（ COOH ）和酚羟基（ OH ），它们都是弱酸性基团，解离度受pH的影响很大。2.1.2 阴离子交换树脂阴离子交换树脂 RNR3OH RNR3 + OH 强碱性阴离子交换树脂 这类树脂的活性基团多为季铵基团（NR3OH），能在水中解离出OH-而呈碱性，且解离度基本上不受影响。
6、 弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂 这类树脂含弱碱性基团，如伯胺基 (-NH2) 、仲胺基(-NHR)或叔氨基(-NR2) ，它们在水中能解离出OH- ，但解离能力较弱，受pH影响较大，在碱性环境中的解离度受到抑制，故交换能力差，只能在pH7的溶液中使用。大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂 (1) 外观：外观： 离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，有白、离子交换树脂是一种透明或半透明的物质，有白、黄、黑及赤褐色等几种颜色。一般颜色与性能关系不大。黄、黑及赤褐色等几种颜色。一般颜色与性能关系不大。 树脂的颗粒大小，对树脂的交换能力、树脂层中溶树脂的颗粒大小
7、，对树脂的交换能力、树脂层中溶液流动分布均匀程度、溶液通过树脂层的压力及交换和反液流动分布均匀程度、溶液通过树脂层的压力及交换和反冲时树脂冲时树脂 的流失等都有很大影响。一般树脂为球形，可的流失等都有很大影响。一般树脂为球形，可减少流体阻力。减少流体阻力。 颗粒大小一般选用颗粒大小一般选用20一一60目目(0.250.8mm)。 2.1.3 树脂的性质树脂的性质 机械强度：机械强度： 树脂必须具有一定的物理稳定性，以避免树脂必须具有一定的物理稳定性，以避免或减少在使用过程中破损流失。或减少在使用过程中破损流失。 一般来说，膨胀度越大，交联度小的树脂，一般来说，膨胀度越大，交联度小的树脂，机械强
8、度就越差。机械强度就越差。 交联度交联度p合成树脂中所用的交联剂在原料总重量中所占的百分比称为树脂的交联度，一般为2-16 。p例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而成为长的链状分子，二乙烯苯把各链状分子联成立体型的网状体。如果二乙烯苯在原料总量中占10%。则称该树脂的交联度为10。 v树脂的交联度越小，吸水膨胀性能越强，若网孔内交换基团多，交换量也随之增高。但交联度小的树脂机械强度小，不耐压力易变形，耐热性差。交联度交联度v树脂的交联度越大，机械强度越大，耐热性越 强。但交联度增大也使树脂的网孔变小，膨胀性能与交换量也相应下降。 化学稳定性：化学稳定性： 树脂应有较好的化学稳定性，不易分解破
9、坏。缩聚树树脂应有较好的化学稳定性，不易分解破坏。缩聚树脂的化学稳定性一般较差，在强碱溶液中，缩聚阳树脂会脂的化学稳定性一般较差，在强碱溶液中，缩聚阳树脂会破坏，共聚阳树脂对碱抵抗能力较强，但不应与浓度大于破坏，共聚阳树脂对碱抵抗能力较强，但不应与浓度大于2mol/L的碱液长期接触。的碱液长期接触。 阴树脂对碱敏感，处理时，碱液浓度不宜超过阴树脂对碱敏感，处理时，碱液浓度不宜超过 1mol/L。强碱树脂稳定性较差。羟型阴树脂即使在水中也不稳定，强碱树脂稳定性较差。羟型阴树脂即使在水中也不稳定，因此常以氯型保存。因此常以氯型保存。 交换容量交换容量p每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交换容
10、量每克干树脂所含活性基团的物质的量，而实际交换容量是指在实验条件下，每克干树脂能交换离子的物质的量。是指在实验条件下，每克干树脂能交换离子的物质的量。p 称取干树脂称取干树脂1克，置于克，置于250mL锥形瓶中、准确加入锥形瓶中、准确加入0.1mol/LNaOH标准溶液标准溶液100mL，振荡后放置过夜，用，振荡后放置过夜，用移浓管吸取上层清液移浓管吸取上层清液25mL，加酚酞指示剂，加酚酞指示剂1滴，用滴，用0.1mol/L标准标准HCl溶液滴定至红色消失，设用去标准溶液滴定至红色消失，设用去标准HCl溶液溶液14mL，树脂的交换容量可以计算为，树脂的交换容量可以计算为5.6mmol/g。
11、离子交换的推动力离子交换的推动力 根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体上可分为阳根据树脂所带的可交换的离子性质，离子交换树脂大体上可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。离子交换树脂和阴离子交换树脂。 骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离子也能扩散骨架上的活性离子可扩散到溶液中；溶液中的同类型离子也能扩散到骨架的网格或孔内。到骨架的网格或孔内。 当这两种当这两种离子浓度差离子浓度差较大时，就产生一种交换的推动力，使它们之较大时，就产生一种交换的推动力，使它们之间产生交换作用。间产生交换作用。 浓度差越大，交换速度越快。浓度差越大，交换速度越快。 利用这种浓度差的推动力能使
12、树脂上的可交换离子发生可逆交换反利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。应。 离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似。离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似。2.1.4 四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型1）将强酸性阳离子树脂与）将强酸性阳离子树脂与NaCl作用，转变为作用，转变为钠型树脂钠型树脂；避免了溶液避免了溶液PH值下降和由此产生的副作用，如对设备值下降和由此产生的副作用，如对设备的腐蚀。进行再生时，用盐水而不用强酸。的腐蚀。进行再生时，用盐水而不用强酸。2）弱酸性树脂生成的盐）弱酸性树脂生成的盐RCOONa很易水解，呈碱性，很易水解，呈碱性
13、，所以用水洗不到中性，一般只能洗到所以用水洗不到中性，一般只能洗到pH910左右。左右。但是弱酸性树脂和氢离子结合能力很强，再生成氢型较但是弱酸性树脂和氢离子结合能力很强，再生成氢型较容易，耗酸量少。容易，耗酸量少。四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型4）弱碱性树脂生成的盐）弱碱性树脂生成的盐RNH3 Cl同样易水解。这类树脂同样易水解。这类树脂和和OH-离子结合能力较强，所以离子结合能力较强，所以 再生成羟型较容易，耗再生成羟型较容易，耗碱量少。碱量少。 强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯型后，强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯型后，在使用时就不再有强酸性及强碱性。但它们
14、仍具有这些在使用时就不再有强酸性及强碱性。但它们仍具有这些树脂的其他典型性能，如强离解性和工作的树脂的其他典型性能，如强离解性和工作的pH范围宽等。范围宽等。3）强碱性阴离子树脂可先转变为）强碱性阴离子树脂可先转变为氯型氯型，工作时用，工作时用Cl-交交换其他阴离子，再生只需用食盐水。换其他阴离子，再生只需用食盐水。2.2 多糖基离子交换剂多糖基离子交换剂 采用生物来源稳定的高分子聚合物（多糖）作离子交换剂的载体，能满足分离生物大分子的要求。 根据载体多糖种类的不同，多糖基离子交换剂可分为离子交换纤维素离子交换纤维素、离子交换葡聚糖离子交换葡聚糖和离子交离子交换琼脂糖换琼脂糖。2.2.1 离子
15、交换纤维素： 离子交换纤维素离子交换纤维素是携带功能基团纤维素衍生物，具有松散的亲水性网状结构以及较大的表面积，大分子可以自由通过，因而对生物大分子（如蛋白质）的交换容量比离子交换树脂大。 阳离子型阳离子型离子交换纤维素包括离子交换纤维素包括羟甲基纤维素羟甲基纤维素（CM纤维素）纤维素）等等 阴离子型阴离子型离子交换纤维素包括离子交换纤维素包括二乙基氨基乙基纤维素二乙基氨基乙基纤维素（DEAE纤维素）纤维素）离子交换纤维素离子交换纤维素 2.2.2 离子交换葡聚糖 离子交换葡聚糖离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物（Sephade
16、x G）v 亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核酸及亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活，母链对蛋白质、核酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小其它生物分子的非特异性吸附能力小v 电离基团在母体上取代程度高，交换容量大，装柱方便，流速快既有电离基团在母体上取代程度高，交换容量大，装柱方便，流速快既有离子交换作用，又有分子筛效应离子交换作用，又有分子筛效应 因而Sephadex是一类广泛应用的色谱分离介质Sephadex的优点如下：常用的离子交换剂常用的离子交换剂常用的离子交换葡聚糖包括：常用的离子交换葡聚糖包括： 阳离子交换剂阳离子交换剂CM-Sephadex C-25，C
17、M-Sephadex C-50 Sephadex C-25，Sephadex C-50阴离子交换剂阴离子交换剂DEAE-Sephadex A-25，DEAE- Sephadex A-50 QAE-Sephadex A-25，QAE-Sephadex A-50 2.2.3 离子交换琼脂糖离子交换琼脂糖离子交换琼脂糖是携带DEAE或CM基团的Sepharose CL-6BDEAE-Sepharose（阴离子型）和CM-Sepharose（阳离子型）的离子交换介质具有硬度大、性质稳定，流速好，分离能力强硬度大、性质稳定，流速好，分离能力强等优点。对pH及温度的变化均较稳定，可在pH310和070范围
18、内使用，改变离子强度或pH时，床体积变化不大。 尤其是介质受pH和离子强度的影响所引起的膨胀和收缩效应较小，因此具有稳定的外形体积 3. 离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程 去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、铜、铝等金去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物，铁、铜、铝等金属物质及灰尘；属物质及灰尘； 装柱，去离子水浸泡装柱，去离子水浸泡12h，2-3倍倍10%食盐水浸泡食盐水浸泡4h；水洗，酸、碱处理，调水洗，酸、碱处理，调pH。1、预处理、预处理p研磨、过筛使粒度符合要求p浸泡是其充分溶胀p净化减少杂质离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程p装柱：装柱：
19、树脂高度一般约为柱高的树脂高度一般约为柱高的90%。为防止加试液时树脂被冲起，。为防止加试液时树脂被冲起，在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水洗在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维（或隔板）。装好后，再用蒸馏水洗涤（不少于涤（不少于2倍柱体积），备用。倍柱体积），备用。p上样：阳离子树脂可达上样：阳离子树脂可达交换容量的交换容量的50，阴离子一般为，阴离子一般为10-20%。小于。小于 5床体积（床体积（1分析）分析）关键，可采用正上柱或倒上柱关键，可采用正上柱或倒上柱 ，柱上树脂分三层：，柱上树脂分三层： 已交、交换、未交。交已交、交换、未交。交换带逐渐下移，达底部称漏出点。交
20、换带一般换带逐渐下移，达底部称漏出点。交换带一般0.21m。B离子浓度高、操离子浓度高、操作温度低、料液流速高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但作温度低、料液流速高、树脂老化等都会使交换带加宽，不利；应控制，但有限。有限。 2.上柱交换：上柱交换：3 . 洗脱：洗脱： 用亲和力更大的离子取代产物。生物大分子分离纯化有用亲和力更大的离子取代产物。生物大分子分离纯化有两种方式：两种方式： “正吸附正吸附”，产物离子化，被交换。优点是目的产物，产物离子化，被交换。优点是目的产物纯度高，可浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液；纯度高，可浓缩，宜处理浓度低、量大的溶液； “负吸附负吸附”。吸附杂质
21、。宜处理浓度高溶液；产物纯。吸附杂质。宜处理浓度高溶液；产物纯度不高，不浓缩。度不高，不浓缩。离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程洗脱一般采取洗脱一般采取分步淋洗分步淋洗或或梯度淋洗梯度淋洗，其中分步洗脱，是指先采用，其中分步洗脱，是指先采用洗脱能力较弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能洗脱能力较弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。4 . 树脂的再生：树脂的再生： 交换吸附的逆反应。水洗，再生剂再生，清水洗至所需交换吸附的逆反应。水洗，再生剂再生，清水洗至所需pH值。值。 钠型强酸性树脂用钠型强酸性
22、树脂用NaCI再生；氢型强酸性树脂用强酸再再生；氢型强酸性树脂用强酸再生，氯型强碱性阴树脂主要用生，氯型强碱性阴树脂主要用NaCI溶液再生，羟型强碱溶液再生，羟型强碱性阴树脂用性阴树脂用NaOH溶液再生。恢复程度为溶液再生。恢复程度为70一一80。树脂的再生树脂的再生树脂类型要转换的形式再生剂再生剂浓度%约相当于 1mol/L约相当于 2mol/L用量比（以mol计）再生剂树脂弱酸性弱碱性H型HClSO4型NaOHH2SO44-4-5142.586.55513-51.5-2.51111表5-1 各种再生剂的浓度和用量H型Na型Na型H型H型Na型H2SO4NaClNaOHHClH2SO4NaO
23、H2.56442.54751187582-2.53-51.5-20.75-12-3-11111OH型Cl型Cl型SO4型NaClHClNa2SO4643.51173-51.5-2.5树脂的再生树脂的再生树脂类型要转换的形式再生剂再生剂浓度%约相当于 1mol/L约相当于 2mol/L用量比（以mol计）再生剂树脂弱酸性弱碱性OH型盐型NaCl同型游离碱游离碱游离碱Cl型SO4型NaOHNH4OHNaCO3HClH2SO44-8-3-4141542.58275-1.5-211.5-20.75-22-31-1.51111表5-1 各种再生剂的浓度和用量（续上表）3.1 树脂和操作条件的选择树脂和操
24、作条件的选择树脂选择树脂选择： 1、强碱性离子宜用弱酸性树脂；、强碱性离子宜用弱酸性树脂； 2、弱碱性离子宜用强酸性树脂；、弱碱性离子宜用强酸性树脂； 3、弱酸性离子宜用强碱性树脂；、弱酸性离子宜用强碱性树脂； 4、强酸性离子宜选用弱碱性树脂；、强酸性离子宜选用弱碱性树脂； 5、大分子离子应选择交联度较低的树脂；、大分子离子应选择交联度较低的树脂； 6、小分子离子应选择一定交联度的树脂。、小分子离子应选择一定交联度的树脂。 原因原因： 1、4：强酸对强碱，解吸较困难；：强酸对强碱，解吸较困难； 2、3：弱酸对弱碱，形成的盐易水解，不易吸附；：弱酸对弱碱，形成的盐易水解，不易吸附； 5：低交联度
25、便于大分子扩散到树脂内部，但交联度过低，会：低交联度便于大分子扩散到树脂内部，但交联度过低，会 影响树影响树 脂的选择性和机械强度；脂的选择性和机械强度； 6：交联度过高，树脂在清洗再生及转型过程中，膨胀度较大，：交联度过高，树脂在清洗再生及转型过程中，膨胀度较大， 对设备造成损坏。对设备造成损坏。合适操作条件的选择合适操作条件的选择pHpH：合适的合适的pH值应具备值应具备3个条件：个条件：pH值应在产物的稳值应在产物的稳定范围内；使产物离子化；使树脂能解离。定范围内；使产物离子化；使树脂能解离。树脂的型式树脂的型式：对弱酸性和弱碱性树脂，为使树脂能离对弱酸性和弱碱性树脂，为使树脂能离子化，
26、应采用钠型或氯型；而对强酸性和强碱性子化，应采用钠型或氯型；而对强酸性和强碱性 树脂，可以采用任何形式；但如产物在酸性、碱性条件树脂，可以采用任何形式；但如产物在酸性、碱性条件下易破坏，则不宜采用氢型或羟型树脂。下易破坏，则不宜采用氢型或羟型树脂。溶液中产物浓度溶液中产物浓度：低价离子增加浓度有利于交换上树低价离子增加浓度有利于交换上树脂，高价离子在稀释时容易被吸附。脂，高价离子在稀释时容易被吸附。合适操作条件的选择合适操作条件的选择v 洗脱条件应尽量使溶液中被洗脱离子的浓度降低。洗脱条件应尽量使溶液中被洗脱离子的浓度降低。v 洗脱条件一般应和吸附条件相反。如吸附在酸性下进行，解吸应在碱性洗脱
27、条件一般应和吸附条件相反。如吸附在酸性下进行，解吸应在碱性下进行；吸附在碱性，解吸应在酸性。下进行；吸附在碱性，解吸应在酸性。v 为了使为了使pH变化不致过大，可选用缓冲液作洗脱剂。变化不致过大，可选用缓冲液作洗脱剂。PH变化不行时，可变化不行时，可用能和水混合、且对产物溶解度较大的有机溶剂洗脱。用能和水混合、且对产物溶解度较大的有机溶剂洗脱。v 洗脱前，树脂的洗涤工作相当重要，很多杂质可以在洗涤时除去，洗涤洗脱前，树脂的洗涤工作相当重要，很多杂质可以在洗涤时除去，洗涤可以用水、稀酸和盐类溶液等。可以用水、稀酸和盐类溶液等。洗脱条件：洗脱条件： 3.2 离子交换选择性离子交换选择性离子交换选择
28、性离子交换选择性： 在实际应用中，溶液中常常同时存在着很多离子。离子交换树在实际应用中，溶液中常常同时存在着很多离子。离子交换树脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子全部脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子全部(或大部或大部)吸附住，吸附住，具有更大的实际意义。这就是离子交换选择性。具有更大的实际意义。这就是离子交换选择性。 离子选择系数离子选择系数K： B KA越大，离子交换树脂对越大，离子交换树脂对B离子的选择性越大离子的选择性越大(相对于相对于A离子而离子而言言)；反之，小于；反之，小于1，树脂对，树脂对A离子的选择性大。离子的选择性大。 离子选择系数定性地表示离子交换剂的选择
29、性，因此又称分配系离子选择系数定性地表示离子交换剂的选择性，因此又称分配系数或交换势。数或交换势。影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素1 离子价数离子价数： 离子交换树脂总是优先选择高价离子。离子交换树脂总是优先选择高价离子。 阳离子的被吸附顺序为：阳离子的被吸附顺序为： Fe3+AI3+Ca2+Mg2+Na+ 阴离子顺序为：阴离子顺序为： 柠檬酸根硫酸根硝酸根柠檬酸根硫酸根硝酸根2 溶液浓度溶液浓度： 树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液中较树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液中较小。因此可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子。小。因此
30、可将溶液稀释，树脂选择吸附高价离子。离子的水化半径离子的水化半径： 离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量。水化离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量。水化半径较小的离子优先吸附。半径较小的离子优先吸附。影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素4 4树脂物理结构树脂物理结构： 通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强。大孔型树脂的选通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强。大孔型树脂的选择性低于凝胶型树脂。但对于大分子的吸附，情况较复杂。择性低于凝胶型树脂。但对于大分子的吸附，情况较复杂。5 5有机溶剂有机溶剂： 有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低
31、，而容易吸附无有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低，而容易吸附无机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质。机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质。6 .6 .树脂与交换离子间的辅助力树脂与交换离子间的辅助力： 凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂凡能与树脂间形成辅助力（氢键、范德华力等）的离子，树脂对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。对其吸附力就大；能破坏这些辅助力，离子从树脂上易洗脱。4 离子交换色谱的应用离子交换色谱的应用一一 、离子交换装置、离子交换装置：按操作方式分为按操作方式分为： 间歇式分批操作及柱式操作两种。间歇式分批
32、操作及柱式操作两种。按是否敞口分为按是否敞口分为： 有开放式有开放式(即敞口式即敞口式)和密闭式两种。和密闭式两种。 开放式开放式：便于树脂的装入、吸出，只能在常压下操作。柱的：便于树脂的装入、吸出，只能在常压下操作。柱的反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界杂质。反洗和清污容易，但由于敞口，易混入外界杂质。 密闭式密闭式：上下全封，能克服开放式的缺点，但清污和装住较：上下全封，能克服开放式的缺点，但清污和装住较麻烦。麻烦。离子交换色谱的应用1软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备p氢型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子氢型强酸性阳离子交换树脂，除去各种阳离子 2R-SO3H+Ca2+(R-S
33、O3)2Ca+2H+p氢氧型强碱性阴离子交换树脂，除去各种阴离子。氢氧型强碱性阴离子交换树脂，除去各种阴离子。 RN(CH3)3OH+C1-RN(CH3)3Cl+OH-软水软水：v 利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。v 主要是用于锅炉给水，钙、镁离子是锅炉结垢的主要成。主要是用于锅炉给水，钙、镁离子是锅炉结垢的主要成。v 经钠盐型离子交换树脂床的原水，硬度可降经钠盐型离子交换树脂床的原水，硬度可降0.05mmol/L以下，甚至可完全消除。但原水中的碱度保持不变。以下，甚至可完全消除。但原水中的碱度保持不变。v 树脂可用工业食盐水溶液树脂可用
34、工业食盐水溶液(10一一15)再生，可反复使再生，可反复使用。用。软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备无盐水无盐水： 除去原水中所有的溶解性盐类、游离的酸、碱离子。除去原水中所有的溶解性盐类、游离的酸、碱离子。 无盐水的用途十分广泛，如高压锅炉的补给水、实验室用的去离无盐水的用途十分广泛，如高压锅炉的补给水、实验室用的去离子水，制药、食品等各行业都需要无盐纯水。子水，制药、食品等各行业都需要无盐纯水。 离子交换法制备无盐纯水是将原水通过氢型阳离子交换树离子交换法制备无盐纯水是将原水通过氢型阳离子交换树 脂和羟脂和羟型阴离子交换树脂，经过离子交换反应，将水中的
35、阴、阳离子除去，型阴离子交换树脂，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子除去，从而制得纯度很高的无盐纯水。从而制得纯度很高的无盐纯水。 阳离子交换树脂用一定浓度的盐酸或硫酸再生。强碱阴树脂用阳离子交换树脂用一定浓度的盐酸或硫酸再生。强碱阴树脂用5一一8NaOH再生，费用高；弱碱阴树脂用再生，费用高；弱碱阴树脂用1一一3NaOH再生，但再生，但不能除硅等弱酸性阴离子。可根据水质要求而组合。不能除硅等弱酸性阴离子。可根据水质要求而组合。 去离子水装置示意2 分析化学应用分析化学应用 测定黄铁矿中测定黄铁矿中硫硫， Fe3+、Ca2+的存在，造成的存在，造成BaSO4沉淀的沉淀的不纯。不纯。 Li+、
36、Na+、K+混合液混合液，通过阳离子树脂交换柱，稀，通过阳离子树脂交换柱，稀HCl洗洗脱。会按脱。会按Li+、Na+、K+顺序出来。顺序出来。p分离干扰离子分离干扰离子 将相同电荷的离子一起吸附到树脂上，然后进行选择性淋洗，将相同电荷的离子一起吸附到树脂上，然后进行选择性淋洗， 将它们分离。将它们分离。例例: 分离镍、锰、钴、铜、铁、锌分离镍、锰、钴、铜、铁、锌 在浓盐酸介质中，在浓盐酸介质中，强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂上进行交上进行交换后，用换后，用不同浓度的盐酸溶液不同浓度的盐酸溶液洗脱。洗脱。12 mol/LHCl Ni2+ ， 6.0mol/LHCl Mn2+4.0mol
37、/LHCl Co2+ ， 2.5mol/LHCl Cu2+0.5mol/LHCl Fe3+ ， 0.005mol/LHCl Zn2+分离干扰离子分离干扰离子3 用于水溶性带电荷植物成分分离用于水溶性带电荷植物成分分离p氨基酸氨基酸、肽类（蛋白质）、生物碱、有机酸、酚类肽类（蛋白质）、生物碱、有机酸、酚类等。等。p一般步骤：一般步骤： 用煎煮法或温浸法得到植物用煎煮法或温浸法得到植物有效成分水溶液有效成分水溶液，然后过强酸，然后过强酸型阳离子交换树脂柱、强碱型型阳离子交换树脂柱、强碱型阴离子交换柱阴离子交换柱，分别，分别洗脱洗脱，可得到一些单一成分。可得到一些单一成分。植物成分离子交换分离植物成
38、分离子交换分离4 蛋白质或酶的分离蛋白质或酶的分离p聚苯乙烯离子交换树脂：吸附牢，易变性p离子交换纤维素:最好的方法p离子交换凝胶：同时有离子交换和分子筛的功能，广泛应用。p选弱酸、碱型为好，强型容易使蛋白变性p树脂形式不用H、OH型：5 离子交换技术在生物工程的应用离子交换技术在生物工程的应用 1 1、氨基酸、氨基酸：是一类两性化合物，在不同的是一类两性化合物，在不同的pH条件下能以正离子、条件下能以正离子、负离子或两性离子的形式存在。可用阳离子交换富集分离。负离子或两性离子的形式存在。可用阳离子交换富集分离。 例如：例如：谷氨酸，当谷氨酸，当pH3.22时，呈阳离子状态，可用时，呈阳离子状
39、态，可用732强酸性阳离强酸性阳离子树脂选择性吸附，与发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合子树脂选择性吸附，与发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质分离，达到浓缩提纯的目的。物、蛋白质、色素等非离子性杂质分离，达到浓缩提纯的目的。2、有机酸、有机酸：可用阳树脂除去有机酸溶液中的阳离子杂质，达到纯化可用阳树脂除去有机酸溶液中的阳离子杂质，达到纯化 的目的。的目的。 如柠檬酸，用阳树脂脱除酸液中的金属离子。如柠檬酸，用阳树脂脱除酸液中的金属离子。离子交换技术在生物工程的应用离子交换技术在生物工程的应用3 3、抗生素、抗生素：一些具有酸性基团，在中性或弱碱条件下以负离
40、子的形式：一些具有酸性基团，在中性或弱碱条件下以负离子的形式存在，可用阴离子树脂提取分离，如苄基青霉素；存在，可用阴离子树脂提取分离，如苄基青霉素； 氨基糖苷类抗生素，如红霉素、链霉素、卡那霉素，在中性或氨基糖苷类抗生素，如红霉素、链霉素、卡那霉素，在中性或弱酸性条件下以阳离子形式存在，可用阳离子树脂提纯。弱酸性条件下以阳离子形式存在，可用阳离子树脂提纯。 还有一些抗生素为两性物质，如四环素族，在不同还有一些抗生素为两性物质，如四环素族，在不同pH下，形成正离子下，形成正离子或负离子，分别用阳树脂或阴树脂分离与纯化。或负离子，分别用阳树脂或阴树脂分离与纯化。4、其他、其他：核苷酸与氨基酸相似，两性化合物；：核苷酸与氨基酸相似，两性化合物； 利用吸附树脂可自发酵液中吸利用吸附树脂可自发酵液中吸附提取维生素、酶、辅酶等，均取得良好效果。附提取维生素、酶、辅酶等，均取得良好效果。
